试论成像糖尿病大鼠视觉和嗅觉系统相关脑区扩散异常磁共振成像

论文导读：
摘要：糖尿病(DM)是由免疫功能紊乱、遗传因素、自由基毒素等各种致病因子意义于机体导致胰岛功能减退或胰岛素抵抗而引发的一系列代谢紊乱综合症。临床上从高血糖为主要特征。1型糖尿病(T1DM)占所有类型糖尿病的5-10%,遍布很多国家和地区,发病主要见于15-18岁从下的儿童。临床和动物模型探讨表明T1DM会导致脑萎缩和白质损伤。脑萎缩和白质损伤通常被认为是糖尿病病人认知功能障碍的病理学基础。其神经病理学体现主要为神经元丢失/突触减少,白质轴突损伤和脱髓鞘。糖尿病发病早期的白质损伤在常规磁共振成像(MRI)上可能具有隐匿性难从检出。本文的主要工作是使用扩散MRI,包括扩散加权成像(DWI)和扩散张量成像(DTI),1)探讨糖尿病大鼠模型视觉通路和嗅球上的脑白质是否发生扩散MRI上可见的微观结构转变；2)这些微观结构变化对其扩散性质的影响；3)并结合组织学办法,研究了使用各向异性FA表征白质微观结构完整性,并用平均扩散系数ADC,平行方向上的扩散系数ADC‖和垂直方向上的扩散系数ADC⊥这三个基本的扩散参数反映更为全面具体的微观组织结构转变的可能性。论文的前两章是背景简介部分。第一章简介MRI技术,扩散MRI的原理和运用。第二章简介了糖尿病中枢神经体系并发症及相关的MRI运用,扩散MRI在探讨糖尿病白质损伤中的运用。论文的第三章探讨了streptozotocin (STZ)诱导的T1DM大鼠视神经的影像学转变与其微观病理学转变之间的联系。本论文使用方向性扩散加权成像(DWI)和扩散张量成像(DTI)探讨发现T1DM大鼠视神经损伤的扩散异常,从期获得在T1DM进展历程中能反映大鼠视神经轴突和髓鞘完整性的活体影像数据。结果发现视神经FA无明显变化,平行方向扩散速率ADC‖和垂直方向扩散速率ADC⊥均明显减小,平均扩散速率ADC明显下降。并且通过组织学办法对引起扩散性质转变的白质损伤机制进行探索,此种模型视神经萎缩轴突退化,没有严重的脱髓鞘现象。轴突损伤对ADC‖和ADC⊥的影响都较为明显。另外,通过玻璃体内注射Mn2+,使用锰离子增强成像发现视神经的快速轴突运输速率下降。在第四章中,我们利用DTI探讨了STZ诱导的T1DM大鼠视束,视皮层的影像学变化极为微观病理学转变之间的联系。病理学结果显示T1DM大鼠视束轴突损伤,脱髓鞘,视皮层锥体细胞胞体萎缩,轴突淡染,有髓纤维髓鞘板层松散,线粒体异常。DTI结果显示视束FA明显下降,ADC‖明显下降,ADC⊥明显上升；视皮层FA明显下降,伴随着略有降低的ADC‖和略有上升的ADC⊥。视束视皮层ADC无明显变化。第五章对T1DM大鼠嗅球损伤进行影像学检查极为病理机制探索。结合组织病理学结果,验证了MRI发现的糖尿病大鼠嗅球扩散异常和萎缩。DTI结果发现T1DM大鼠嗅球嗅神经层/嗅小球层/外网丛层(ONL/GL/EPL)FA明显下降,伴随着ADC, ADC||和ADC⊥的明显上升：颗粒细胞层(GCL)起初ADC和ADC上明显上升,后来FA明显下降：室下区(SEZ)层没有出现扩散异常。组织学结果表明嗅神经层有髓神经纤维轴浆减少,脱髓鞘,无髓神经纤维轴突空泡化,轴膜缺失。高分辨结构像显示嗅球萎缩,起初萎缩出现在GCL和SEZ层,随着病程的延长嗅球靠近头端的部分萎缩累及所有层,靠近尾端的部分出现在EPL,GCL和SEZ层。Nissl染色证实嗅球萎缩,免疫组化染色表明嗅球内细胞凋亡增加,侧脑室可能未成熟神经细胞发生减少。本章结果表明STZ诱导的糖尿病大鼠早期即有着DTI可见的嗅球微观结构损伤,这种损伤的时空方式与嗅球萎缩不同。通过三,四和五章的工作我们发现扩散MRI(主要是DTI)能够灵敏地检测出T1DM大鼠的白质损伤。几种不同白质(如视神经,视束,嗅神经)的扩散参数在疾病中的变化不尽相同,一方面提示进行DTI测量时尽可能考察多个扩散参数,另一方面也显示引起扩散参数变化的微观机制的复杂性。本文的探讨工作丰富了糖尿病动物模型白质损伤病理特点的认识,为拓展扩散MRI技术在糖尿病中枢神经体系神经退行性疾病病理探讨方面的运用提供了实验基础。探讨糖尿病对中枢神经体系的影响,有助于人们认识理解糖尿病中枢体系并发症对其进行干预和治疗。关键词：扩散加权成像论文扩散张量成像论文链脲佐菌素论文论文导读：
糖尿病论文视觉体系论文嗅球论文白质论文轴突损伤论文髓鞘/轴膜完整性论文
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摘要6-8
Abstract8-13
第一章 核磁共振成像技术13-22
第一节 磁共振成像(MRI)简史和基本原理13-14

1.1 MRI简史13

1.2 MRI基本原理13-14

第二节 扩散MRI——扩散加权/扩散张量成像(DWI/DTI)14-22

2.1 DWI/DTI办法基本原理14-17

2.2 DTI扫描参数选择17-18

2.3 DTI数据分析办法18

2.4 神经白质中的水分子扩散各向异性的微观机制18-20

2.5 扩散MRI在白质病理条件下的运用20-22

第二章 糖尿病中枢神经体系并发症简介22-30
第一节 糖尿病介绍22
第二节 糖尿病中枢神经体系并发症探讨22-25

2.1 糖尿病与脑功能异常23-24

2.2 糖尿病中枢神经体系并发症的MRI探讨24-25

第三节 糖尿病视觉通路损伤的探讨概况25-27
第四节 扩散MRI在探讨糖尿病白质损伤中的运用27-28
第五节 本文内容探讨目的和主要内容28-30
第三章 1型糖尿病大鼠视神经损伤30-48
第一节 背景简介30-32

1.1 T1DM大鼠模型建立30

1.2 T1DM大鼠视神经病变相关探讨30

1.3 扩散成像和Mn~(2+)增强成像运用于视神经病变探讨30-31

1.4 探讨目的31-32

第二节 材料和办法32-36

2.1 T1DM大鼠模型建立32

2.2 MRI实验32-34

2.3 组织学检查34-35

2.4 数据处理35-36

2.5 统计分析36

第三节 结果36-44

3.1 7T实验造模前后大鼠体重和血糖36-37

3.2 第一批

4.7 T DWI实验和玻璃体内注射Mn~(2+)的MEMRI实验结果37-38

3.3 第二批7T DTI实验结果提示视神经扩散系数转变38-40

3.4 第二批7T高分辨的RARE结果提示视神经萎缩40

3.5 组织学结果40-41

3.6 亚蓝染色定量结果与DTI扩散系数相关性分析41-44

第四节 讨论44-47

4.1 T1DM大鼠视神经扩散异常44-45

4.2 MEMRI结果提示T1DM大鼠视神经轴突转运能力下降45

4.3 STZ大鼠视神经病变病理45-46

4.4 T1DM大鼠视神经扩散性质转变机制研究46-47

第五节 小结47-48
第四章 1型糖尿病大鼠视束和视皮层损伤48-60
第一节 前言48-49
第二节 材料与办法49-51

2.1 实验动物49

2.2 用DTI办法探讨视束和视皮层损伤49

2.3 组织学检查49-50

2.4 数据处理50-51

第三节 结果51-56

3.1 血糖和体重51

3.2 基于体素分析的DTI结果51-52

3.3 DTI数据的ROI分析52-53

3.4 组织学结果53-56

第四节 讨论56-59

4.1 T1DM大鼠视束扩散异常机制研究57

4.2 T1DM大鼠视皮层扩散异常机制研究57-58

4.3 T1DM大鼠视束视皮层病理58

4.4 T1DM大鼠视觉体系DTI异常出现的时间顺序58-59

第五节 小结59-60
第五章 1型糖尿病大鼠嗅球损伤60-74
第一节 前言60
第二节 材料和办法60-64

2.1 实验动物60-61

2.2 MRI实验61

2.3 组织学检查61-62

2.4 数据处理62-63

2.5 统计分析63-64

第三节 结果64-70

3.1 T1DM大鼠与鼻腔滴注ZnO纳米颗粒大鼠嗅球损伤的DTI体现相似64

3.2 T1DM大鼠嗅球扩散异常64-66

3.3 T1DM大鼠嗅球萎缩的VBM分析66-67

3.4 T1DM大鼠组织学结果67-70

第四节 讨论70-72

4.1 T1DM大鼠嗅球损伤扩散参数转变的微观机制研究70-71

4.2 嗅球是糖尿病的损伤易感脑区71-72

4.3 T1DM大鼠嗅球萎缩72

4.4 T1DM大鼠嗅球萎缩与嗅球损伤时空分布不同72

第五节 小结72-74
第六章 总结74-77
参考文献77-96
作者简历及博士在读期间发表和待完成的论文及会议文章96-97